De todos os circuitos eletrônicos que compõem um computador, indubitavelmente o mais importante é a placa-mãe. Alguma vez você já se preocupou em saber como uma destas placas é fabricada?
Pois também eu não havia cogitado do assunto até recentemente. Quando fui convidado a visitar uma das fábricas da Gigabyte, uma das mais conceituadas indústrias do ramo.
A Gigabyte fabrica placas-mãe em quatro diferentes unidades fabris. Duas delas situadas na China Continental, ou República Popular da China, e as duas restantes na China Insular, ou Taiwan. A que visitei situa-se em Nan-Ping, próxima a Taipei, capital de Taiwan. Uma unidade industrial inaugurada há cerca de dez anos dedicada à fabricação não apenas de placas-mãe como também de computadores portáteis tipo “notebook”, telefones celulares e servidores.
Fábrica de Nan-Ping
A fábrica de Nan-Ping é instalada em um prédio de oito pavimentos. Deles, três são destinados à fabricação de placas-mãe. Minha visita se restringiu a estes três e achei o processo tão interessante que decidi compartilhar minhas impressões com vocês.
Uma placa-mãe é um grande circuito impresso no qual alguns componentes eletrônicos são soldados diretamente em sua superfície enquanto outros são encaixados em conectores tipo “slots” cujos terminais atravessam a placa e são soldados na face posterior.
A fábrica recebe as placas com o circuito elétrico já impresso (ou seja, com os condutores metálicos estampados sobre uma placa de material isolante). A fabricação consiste, então, em instalar os componentes eletrônicos em seus devidos lugares, de modo que os terminais de cada componente sejam soldados aos devidos pontos dos condutores elétricos correspondentes, assim como em encaixar e soldar os soquetes onde se conectarão os demais componentes, ou seja, aqueles que não são fornecidos com a placa, como módulos de memória e unidade central de processamento (UCP), assim como montar os conectores para os cabos de alimentação e dispositivos externos tipo teclado, mause, discos e coisas que tais.
A fabricação pode ser desdobrada em quatro etapas: na primeira, “SMT”, é efetuada a fixação dos componentes cujos terminais são soldados diretamente na superfície da placa. Na segunda, “DIP”, são inseridas e soldadas as peças tipo DIP (“Dual Inline Package”), como os conectores dos módulos de memória e placas controladoras, cujos terminais atravessam a placa e são soldados na face posterior. Na terceira, “Testing”, tudo isto é exaustivamente testado e inspecionado. E, finalmente, na derradeira etapa, “Packing”, as placas e os demais itens que a acompanham, como discos de instalação, cabos e coisas que tais, são devidamente empacotados. Veja, na figura abaixo, o fluxograma exibido para os visitantes na apresentação que antecede a visita.
Fluxograma de fabricação
A etapa SMT
A primeira etapa da linha de montagem é a fixação dos componentes cujos terminais não atravessam a placa, mas são soldados diretamente na sua superfície, ou face superior. Eles são fixados usando uma tecnologia denominada “montagem em superfície” (SMT, ou “Surface Mount Technology”) cujos detalhes podem ser conferidos no artigo correspondente da Wikipedia.
Seu primeiro passo é a preparação da placa aplicando-se uma camada de “pasta de solda” nos pontos do circuito onde os componentes serão soldados. A pasta de solda é uma suspensão de micropartículas de solda metálica em um material adesivo denominado “fluxo” que é aplicada diretamente sobre a superfície da placa.
Aplicando pasta de solda
A aplicação da pasta é feita em uma máquina que força a pasta a atravessar uma máscara tipo estêncil de tal forma que a pasta apenas adere à placa nos pontos onde serão soldados os terminais dos componentes. O resultado é uma placa de circuito impresso ainda sem qualquer componente, mas com os pontos onde eles serão soldados recobertos com uma camada de pasta de solda que funcionará também como material adesivo, mantendo os componentes em suas posições nas fases preliminares da fabricação que antecedem a soldagem. Uma delas, já com a pasta aplicada e movendo-se para a próxima etapa da linha de montagem, é mostrada na figura abaixo.
Placa com pasta de solda aplicada
Em seguida cada placa recebe alguns das centenas de componentes que formarão seus circuitos eletrônicos, como resistores, pequenos capacitores e circuitos integrados, muitos deles medindo apenas alguns milímetros. Estes componentes necessitam ser colocados sobre a placa com extrema precisão, já que seus terminais elétricos devem se posicionar exatamente sobre os pontos onde serão soldados. Como estes pontos receberam no passo anterior um minúsculo revestimento de pasta de solda que também funciona como adesivo, quando um componente é posicionado em seu local sobre a placa, ali permanecerá apenas pela ação adesiva da pasta mesmo que ainda não tenha sido fixado na placa.
O enorme número de componentes e a extrema precisão com que devem ser postos sobre a placa exigem que esta tarefa seja executada por máquinas altamente precisas e extremamente rápidas (são capazes de inserir até dez componentes por segundo). Veja em vídeo uma destas máquinas em ação na sua faina de posicionar os pequenos componentes, no qual se percebe a placa movendo-se rapidamente sob um “canhão” que dispara componentes em uma sucessão tão rápida que mal dá para acompanhar seu movimento.
Já os circuitos integrados de maiores dimensões são colocados em suas posições por uma segunda máquina. Elas são alimentadas por rolos de fita plástica onde os componentes foram previamente arranjados manualmente, tarefa mostrada na figura acima, onde uma jovem adere circuitos integrados em uma destas fitas. Note, sob a bancada, um rolo de fita pronto para ser encaixado na máquina.
Preparando o rolo de componentes
O resultado desta etapa é uma placa na qual estão aderidos todos os componentes que deverão ser fixados usando a tecnologia SMT, prontos para serem efetivamente soldados. Mas como sempre há a possibilidade de um ou mais deles se deslocarem de suas posições exatas, antes da soldagem cada placa é minuciosamente inspecionada visualmente como mostrado na figura abaixo. Repare que todos os componentes a serem soldados diretamente na superfície da placa (ou seja, que usam a tecnologia SMT) já ocupam suas posições. Mas repare também que nenhum dos componentes cujos contatos serão soldados na face posterior da placa (como os soquetes e conectores que formarão os “slots” para memória e placas controladoras, por exemplo) estão presentes (mas se percebem as fileiras de orifícios onde seus terminais elétricos serão encaixados).
Primeira inspeção visual
Feita a inspeção, as placas aprovadas (e durante toda minha permanência no salão da linha de montagem, uma sequer foi refugada) são encaminhadas à soldagem, que é realizada em um forno de convecção de ar quente onde a elevada temperatura volatiliza o componente adesivo da pasta e funde a solda nos pontos de contato. Veja, na figura abaixo, uma placa-mãe entrando no forno.
Entrando no forno de convecção
Ao sair do forno, completou-se a primeira metade do “trabalho pesado”. Mas antes de encaminhar as placas para o restante da montagem é necessário submeter cada uma delas a uma sucessão de cuidadosos exames.
O primeiro deles é uma segunda e minuciosa inspeção visual feita com a ajuda de uma máscara de material indeformável que deixa à mostra apenas os componentes a serem examinados por cada um dos especialistas (na verdade, “uma das especialistas”; a quase totalidade da mão de obra da fábrica da Gigabyte em Nan-Ping é constituída por mulheres). A máscara limita a área a ser inspecionada e deixa à mostra apenas os trechos a serem examinados em cada etapa, o que torna mais fácil perceber a falta de algum componente ou seu mau alinhamento.
Segunda inspeção visual
Em seguida o próprio circuito da placa é submetido a um teste elétrico que verifica se há solução de continuidade nos condutores ou curtos-circuitos. Esta etapa, denominada “in-circuit test”, é executado por uma máquina, porém sob supervisão direta de um técnico. Veja, na figura abaixo, o técnico preparando uma placa para teste enquanto uma segunda placa encaixada na máquina em frente a ele está sendo testada. A máquina aplica corrente elétrica a determinados pontos dos diversos circuitos a serem testados e verifica não apenas a continuidade do circuito (integridade dos condutores metálicos) como também as características de funcionamento dos circuitos integrados já inseridos até esta etapa.
Teste elétrico
Este é o final da etapa SMT. Neste ponto, todos os componentes situados diretamente na superfície da placa-mãe estão nos seus lugares, devidamente soldados, com suas posições exatas verificadas e seus circuitos de interligação testados.
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